DARPA skickar robotar under jorden för att lära dem att rädda liv

Du vaknar under jorden. Du är uttorkad, huvudet bultar och det finns en djup fläck i pannan som blöder kraftigt. Kanske har du fastnat i ett grottsystem, instängd i en smal tunnel, med armarna vid din sida. Kanske är du inklämd i ett stormavlopp som sakta fylls på med vatten. Eller möjligen är det ett gruvschakt där strömmen har försvunnit, vilket gör att du hamnar i ett skrämmande becksvart. Då hör man något. Det är bara svagt, men du vet vad det betyder: hjälp är på väg. Bara det är inte från ett mänskligt räddningsteam. Från mullrande ljuden i fjärran verkar det som att sök- och räddningsteamet skickar in robotarna. Omedelbart ger din känsla av lättnad vika för en känsla av bävan. När tiden rinner ut, och kanske bara en chans att få det här rätt, ber du att roboten de har plockat är redo för jobbet.

Denna mardröm av ett scenario är en som förhoppningsvis aldrig kommer att drabba dig. Men det är en som DARPA, USA: s Defense Advanced Research Projects Agency, desperat försöker hitta ett svar på. Och de har 2 miljoner dollar öronmärkta för den som kan hjälpa dem.

För att ta reda på hur den perfekta underjordiska räddningsroboten ska se ut har DARPA arrangerat en tävling, den senaste i sin serie av Grand Challenges. Ringde Underjordisk (eller "SubT") utmaning, den här tävlingen – som pågår till och med 2021 – syftar till att avslöja det bästa som robotvärlden har att erbjuda när det gäller räddningsrobotar. Tävlingen är öppen för alla, från etablerade robotforskare till vad DARPA-projektledaren Dr. Timothy Chung hänvisar till som självfinansierade "tjusare" från hela världen. Allt du behöver för att kunna ta hem det sjusiffriga priset är att ha skapat en robot som kan kartlägga, navigera och sök i en mängd komplexa underjordiska miljöer under tidskänsliga stridsoperationer eller katastrofinsatser scenarier. Utöver det finns det inga fasta riktlinjer för hur dessa robotar ska se ut.

Uppmaningen för deltagare har resulterat i ett enormt stort flöde av intresse och anmälningar. Dessa sträcker sig från att gå fyrhjuliga robotar som fyrbent ANYmal-robot Digital Trends har utförligt behandlat flygande robotar som använder lidar, den studsade lasertekniken som hjälper självkörande bilar att "se". Nyligen gick skapelserna av 11 av de främsta internationella robotteamen under jorden för att testas i den mest utmanande av miljöer.

Att lösa de stora problemen

För en organisation vars namn åberopar bilder av skuggig regeringssekretess är DARPAs Grand Challenges förvånansvärt offentliga. Och det är precis poängen. Sedan 2004 har DARPA arrangerat liknande tävlingar varje år eller så, med syftet att ge kreatörer runt världen en knuff, både monetärt och inspirerande, i den riktning de hoppas att tekniken ska utvecklas i. Priserna som erbjuds är i huvudsak sponsringsavtal för forskning med hög avkastning som överbryggar klyftan mellan grundforskning och verktyg för potentiella militära tillämpningar.

De stora utmaningarna kan verka galna; ungefär som DARPAs arbete med andra udda forskningsämnen som självledande kulor och cyborginsektsspioner. Men de verkar ofta bara så här eftersom området de utforskar är så nytt. 2004, till exempel, utlovade DARPA ett pris på 1 miljon dollar till alla som kunde bygga en bil som kunde köra sig själv på en 142 mil lång rutt genom Mojaveöknen. Det "vinnande" laget tog sig mindre än åtta mil på flera timmar innan de fattade eld och rysade till stopp. Samma år, MIT och Harvard ekonomer Frank Levy och Richard Murnane använde självkörande bilar som exempel av en uppgift som maskiner var osannolikt att bemästra på grund av dess komplexitet. Ett och ett halvt decennium senare vet vi olika. DARPAs Grand Challenge hjälpte till att skapa en vision för autonoma fordon, som nu bär frukt.

"En av de saker som DARPA alltid är intresserad av är att försöka identifiera banbrytande innovationer," förklarade Chung. "Ibland sker det utanför de traditionella vägarna, och vi måste leta efter [sätt att öppna] öppningen där dessa innovationer kan uppstå. Dessa Grand Challenges är verkligen fantastiska för att kunna utgöra ett väldigt djärvt problem och sedan öppna upp det för världen. Det är ett sätt att både skapa spänning [och även inspirera] de som kanske inte traditionellt kommer ut för att lägga fram [möjliga lösningar]."

SubT Challenge låter lika djärvt. Just nu kan tanken på att skicka en robot in i en katastrofzon, istället för en första responder av kött och blod, slå dig som osannolik. Jag har tappat koll på hur många gånger som robotforskare beskriva "sök-och-räddning"-applikationer som en eventuell motivering för gränsdragande forskning utan omedelbar tillämplighet.

Men det finns goda skäl att tro att robotar kan användas på detta sätt. Under senare år har a laserskjutande ormrobot har använts för att hjälpa till att avveckla ett kärnkraftverk i Europa, har den amerikanska armén sökt upp 3 000 slagfältsfärdiga skorpionrobotar för bortskaffande av bomber, och drönare och en robot kallad Colossus kallades i drift till hjälpa till att bekämpa en massiv eldsvåda i Notre Dame-katedralen i Paris. I alla dessa fall var robotar det första handlingssättet. Så mycket som folk oroar sig för maskiner som stjäl mänskliga jobb, representerar var och en av dessa en situation där människor riskerar sin säkerhet, eller till och med liv, genom att gå in i farliga scenarier.

"Vi vill inte skicka in robotar bara för robotens skull," sa Chung. "Snarare finns det information de kan tillhandahålla och samla in, utan att människor behöver utsättas för risk." Det är här han ser att SubT Challenge verkligen bidrar.

"I grunden är vi intresserade av att hjälpa till i de situationer där, om det finns något sätt vi kan minska exponering av människor för risker i dessa farliga miljöer, det finns ett bidrag att göra, säger han fortsatt. "I scenarier för sökning och räddning, även om det helt enkelt är att hålla människor utanför medan det finns information som måste samlas, [robotar kan skickas in] för att skapa den första titten: där det finns faror, där det finns fickor med frisk luft, där det finns strukturella instabilitet. All den informationen hjälper människor att svara mer effektivt."

Går under jorden

SubT Challenge har precis avslutat sin första fas. DARPA ägde rum under en fyra dagar lång sträcka i augusti i ett nedlagt minsystem i Pittsburgh, Pennsylvania, och skapade ett simulerat katastrofscenario för att sätta robotdeltagarna genom deras steg. Chung beskrev det som en "dristig underjordisk asätarejakt" där robotarna var tvungna att resa genom ett stort minsystem, befolkat av föremål som termiska skyltdockor som representerar överlevande. Robotarna som deltog inkluderade 20 obemannade luftfarkoster, 64 markrobotar och en autonom luftskeppsrobot som heter Duckiefoat.

"Tanken är att team av robotar måste korsa, övervinna, ibland identifiera nya vägar, för att gå och hitta dessa artefakter," sa han. "För varje artefakt som hittas får de en poäng. De lag som får flest poäng inom den tilldelade tiden är tävlingens vinnare.”

Det var en knepig utmaning. "Robotteamen började vid en ingång, och det är verkligen all information de hade om hela gruvan," förklarade han. "Dessa var okända för dem. Vi gav dem ingen tidigare information eller kartor."

Den vinnande gruppen vid detta tillfälle var Team Explorer, ett samarbete mellan Carnegie Mellon och Oregon State University. Teamets robotar kunde avslöja 25 av 40 artefakter under svåra förhållanden inklusive mycket vatten och lera. Team Explorer designade och byggde två markfordon och två drönare skapade speciellt för att arbeta i gruvor. En annan grupp som presterade bra var Team CoSTAR, ett kraftpaket bestående av NASA: s Jet Propulsion Laboratory, MIT, Caltech och flera andra. Till slut kunde CoSTARs robotar avslöja 11 av de 40 artefakterna: inte precis ett rent svep, men inte en dålig visning heller.

Detta är långt ifrån slutet på tävlingen. I februari 2020 kommer nästa SubT Challenge att äga rum i en så kallad Urban Circuit. "Du kan föreställa dig att det är allt från en transitstation av tunnelbana till infrastruktur som stormavlopp eller avlopp," sa Chung. "Det här är alla typer av miljöer som är underjordiska urbana miljöer där en nödsituation kan inträffa." (Denna Urban Circuit är vad DARPA lade nyligen ut en tweet för, begär tillgång till "mänskliggjord underjordisk miljö som sträcker sig över flera stadskvarter" som inkluderar en "komplex layout och flera våningar, inklusive atrium, tunnlar och trapphus.")

Därefter kommer en Cave Circuit i augusti 2020, där deltagande robotar måste kämpa med oförutsägbarheten i naturliga underjordiska miljöer. Tävlingen kommer att avslutas i augusti 2021, med ett "Final Event" som innehåller alla tre underdomäner i ett gigantiskt spår. Vinnaren kommer sedan att tilldelas prissumman på $2 miljoner.

"En av de roliga delarna med SubT Challenge är att bara för att en lösning fungerar bra i en krets betyder det inte nödvändigtvis att den kommer att gå bra i framtida kretsar," sa Chung. "Det beror på att mångfalden i miljöerna lämpar sig för potentiellt ganska olika lösningar. Till exempel, på Urban Circuit, kan vi förutse mycket mer vertikalitet, där det kanske inte räcker att bara vara en markrobot. I Cave Circuit [under tiden] kommer det att finnas många oegentligheter på grund av moder naturs kreativitet."

Låter det kul? Det kan du ge dig på! Är det en enorm teknisk utmaning att övervinna? Absolut! Men skulle den värdefulla forskningen som kommer ut från detta projekt en dag kunna användas för att rädda människors liv? Det är vad alla räknar med.

Redaktörens rekommendationer

• Möt Xenobots: Levande, biologiska maskiner som kan revolutionera robotik
• Bra på StarCraft? DARPA vill träna militärrobotar med dina hjärnvågor
• NASA vill ha din hjälp med att utveckla autonoma robotar för att utforska andra världar
• Att kollapsa "robot" kan spara dig en parkeringsplats på Black Friday
• Moxi, den "vänliga" sjukhusroboten, vill hjälpa sjuksköterskor, inte ersätta dem